JP6890147B2 - プレス機械のプレス荷重測定装置及び方法 - Google Patents
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Description
次に、本発明に適用されるプレス荷重測定の原理について説明する。
fR:プレス分荷重右[kN]
f:プレス荷重合計[kN]
FL:プレス分荷重信号左[kN]
FR:プレス分荷重信号右[kN]
F:プレス荷重信号合計[kN]
FL’:誤差を含むプレス分荷重信号左[kN]
FR’:誤差を含むプレス分荷重信号右[kN]
F’:誤差を含むプレス荷重信号合計[kN]
S:スライド位置信号[mm]
θ:クランク角度信号[rad]
φ:コンロッドが垂線となす角度信号[rad]
εFL:FLに比例する歪信号
εFR:FRに比例する歪信号
εML:横荷重に関係する左コラムの歪ゲージ装着部の曲げ歪信号
εMR:横荷重に関係する右コラムの歪ゲージ装着部の曲げ歪信号
εTL:歪ゲージにより検出される歪信号左
εTR:歪ゲージにより検出される歪信号右
KεF:比例定数(下死点・静止状態における荷重/歪校正値)
歪ゲージ10L,10Rは、スライド110に作用するプレス荷重に伴ってコラム104L,104Rに発生する歪をそれぞれ検出する。
FL’=KεF・εTL
[数2]
FR’=KεF・εTR
あるいは、このように歪信号と荷重信号が全ての負荷領域において正比例では無い場合は、例えば校正段階において、KεFが負荷領域毎の可変値として、算定されていた。
φ=sin−1(r/l・sin(π−θ))
図3A及び図3Bは、横方向に押す力によって、コラム104L,104Rに作用する曲げモーメントML、MR等を示す。尚、図3Aと図3Bとは、それぞれクランク軸角度θが、180度より小さい場合と大きい場合に関して示している。
[数4]
Fside=F・tanφ
により算出することができる。
L=r・cos(π−θ)+l・cosφ
[数6]
M=L・Fside
プレス荷重によりフレームに作用する曲げモーメントMは、図3A及び図3Bに示すように、クラウン106−スライド110間でコラム全体を曲げるように発生し、左右のコラム104L,104Rと、金型を伝わってベッド102で相殺される。
ML=kml・M
[数8]
MR=kmr・M
本例のプレス機械100では、機械中心に対して左右対称のフレーム構造を有し、また、機械中心に対して左右対称の金型が装着されている為、定数kmlとkmrは等しく、曲げモーメントMLとMRも等しい。定数kmlとkmrは、本来、金型(金型の剛性や装着バランス)毎に決定することが好ましい。
s=a・t
[数10]
I=(1/12)・a・t3
図6A及び図6Bは、左右のコラム104L,104Rの歪ゲージ10L,10Rの装着部に作用する引張歪及び曲げ歪の分布を示す図である。
εFLcal=FL/(2sE)
[数11]
εFRcal=FR/(2sE)
また、この時、同時に横荷重Fsideによって発生する左右のコラム104L,104Rの内側の表面に作用する曲げ歪εMLcal、εMRcalは、各曲げモーメントML,MRによる曲げ応力が板幅方向に一様に分布すると仮定して、[数12]式、[数13]式で表すことができる。
εMLcal=−ML・t/(4EI)
[数13]
εMRcal=+MR・t/(4EI)
歪ゲージ10L,10Rの校正時は、スライド110の下死点で横荷重Fsideが0(M=(ML=MR=)0)であり、コラム104L,104Rには、曲げ歪εMLcal、εMRcalは発生しない。したがって、左右の歪ゲージ10L,10Rから検出される歪εTL、εTRは、正しいプレス分荷重信号FL、FRにより発生する歪εFL、εFRに等しい。εFL、εFRは、演算(理論)上、εFLcal、εFRcalに相当するため、[数1]式、[数2]式と、[数10]式、[数11]式とを比較して、[数1]式、[数2]式中の比例定数KεFは、KεF=2sEになり、次式が成り立つ。
FL=2sE・εFLcal
[数15]
FR=2sE・εFRcal
しかし、歪ゲージ10L,10Rの比例定数KεFの校正後、歪ゲージ10L,10Rを実際に使用する場合には、スライド110の下死点を除いて、コラム104L,104Rには、曲げ歪εMLcal、εMRcalが発生する。したがって、プレス分荷重信号(第1プレス分荷重信号)FL’cal、FR’calは、曲げ歪εMLcal、εMRcalの影響分の誤差を含み、次式で示すことができる。
FL’cal=2sE・(εFLcal+εMLcal)
[数17]
FR’cal=2sE・(εFRcal+εMRcal)
図6A及び図6Bに示すように、左右のコラム104L,104Rに作用する曲げ歪εMLcal、εMRcalは、各コラム104L,104Rの中心(中立軸)に作用する値が0であり、曲率の内側表面が圧縮(−)方向の最大値、曲率の外側表面が引張(+)方向の最大値をとる。
FL’cal+FR’cal(=2sE(εFLcal+εFRcal)=FL+FR)=F
[数18]式は、本例において、プレス分荷重信号の合計は、正しいプレス荷重信号であることを示している。
)を示す波形図である。また、図7Bは、[数4]式により演算した横荷重Fsideを
示す波形図であり、図7Cは、[数6]式により演算した曲げモーメントMを示す波形図
である。
図8は、プレス機械のプレス荷重測定装置の第1実施形態を示すブロック図である。
FLcal=FL’−2SE・εMLcal=KεF・εTL−2SE・εMLcal
[数20]
FRcal=FR’−2SE・εMRcal=KεF・εRL−2SE・εMRcal
プレス分荷重演算器12−1は、[数19]式、[数20]式に示すように誤差を含む左計測値FL’、右計測値FR’から、それぞれ曲げ歪によりプレス分荷重誤差(2SE・εMLcal、2SE・εMRcal)を減算し、正しいプレス分荷重信号の左演算値FLcal、右演算値FRcalを算出する。
プレス機械のスライドが加減速すると、スライド等による慣性力の影響を受け、正しいプレス分荷重信号を測定することができず、特にスライド等の質量が大きい大型のプレス機械では、スライド等の慣性力(スライド慣性力)の影響が顕著に現われる。
G=−M・α・10−6=−M・(d2S/dt2)・10−6
正しいプレス分荷重をf1、f2(kN)、正しいプレス荷重をf(=f1+f2)、スライド慣性力をg(kN)とすれば、スライド慣性力gを含むプレス分荷重は、f1’、f2’(kN)、スライド慣性力gを含むプレス荷重は、f’(=f1’+f2’=f−g)である。
FLcal=KεF・εTL−2SE・εMLcal−G/2
[数23]
FRcal=KεF・εRL−2SE・εMRcal−G/2
図11は、本例におけるスライド慣性力信号Gを示す波形図である。スライド慣性力信号Gは、スライドの減速中は鉛直下方向になるため、スライドの減速中は、[数22]式、[数23]式により算出されるプレス分荷重信号の左演算値FLcal、右演算値FRcalは、[数19]式、[数20]式により算出されるプレス分荷重信号の左演算値FLcal、右演算値FRcalよりも大きい値になる。
図12は、プレス機械のプレス荷重測定装置の第1実施形態の変形例を示すブロック図である。尚、図12において、図8に示した第1実施形態のプレス機械のプレス荷重測定装置1−1と共通する部分には同一の符号を付し、その詳細な説明は省略する。
図13は、図1に示したプレス機械100と同一のプレス機械100を示す図であり、特にプレス機械100の複数(本例では2つ)のコラム104L,104Rに、複数対(本例では2対)の歪ゲージが装着されている場合に関して示している。
εTLL=εFL+εML
[数25]
εTLR=εFL−εML
[数26]
εTRL=εFR+εMR
[数27]
εTRR=εFR−εMR
ここで、左側のコラム104Lに関する[数24]式と[数25]式とを加算し、右側のコラム104Rに関する[数26]式と[数27]式とを加算すると、次式が得られる。
εTLL+εTLR=(εFL+εML)+(εFL−εML)=2・εFL
[数29]
εTRL+εTRR=(εFR+εML)+(εFR−εML)=2・εFR
[数28]式、[数29]式は、左右の各コラムに装着した一対の歪ゲージにより検出された歪信号を加算すると、曲げ歪が相殺されることを意味する。
FL=KεF・(εTLL+εTLR)/2
[数31]
FR=KεF・(εTRL+εTRR)/2
ただし、KεFは、プレス機械−調整段階において、スライド110が下死点に静止した状態で、スライド中心部をボルスタ107上に設置した油圧ジャッキで上方向に押し、押す(値が明確な)力に対して、各歪ゲージから(各歪アンプを介して)検出された各歪信号が、均等に分力を負担するものとして校正した時に得られた、各歪ゲージ校正後の各歪信号に対する荷重値に至る比例定数である。
図18は、図1に示したプレス機械100と同一のプレス機械100を示す図であり、特に左右のコラム104L,104Rに装着される歪ゲージ12L、12Rの装着位置が、図1に示したプレス機械100の左右のコラム104L,104Rに装着される歪ゲージ10L、10Rと相違する。
εTL=εFL
[数33]
εTR=εFR
[数32]式及び[数33]式は、左右のコラム104L,104Rの歪ゲージ12L、12Rから検出される歪信号εTL、εTRには、曲げ歪が作用していなことを意味する。
FL=KεF・εTL
[数35]
FR=KεF・εTR
ただし、KεFは、プレス機械−調整段階において、スライド110が下死点に静止した状態で、スライド中心部をボルスタ107上に設置した油圧ジャッキで上方向に押し、押す(荷重値が明確な)力に対して、歪ゲージ12L,12Rから(各歪アンプを介して)検出された各歪信号が、均等に分力を負担するものとして校正した時に得られた、各歪ゲージ12L,12Rの校正後の各歪信号εTL、εTRに対する荷重値に至る比例定数である。
図20は、プレス機械のプレス荷重測定方法の第1実施形態を示すフローチャート図である。尚、第1実施形態のプレス機械のプレス荷重測定方法は、図8に示した第1実施形態のプレス機械のプレス荷重測定装置1−1に対応する方法である。
トML、MRに基づいて、[数12]式、[数13]式により左右のコラム104L,1
04Rの内表面に作用する曲げ歪演算値εMLcal、εMRcalを算出し、更に、歪
ゲージ10L,10Rから入力した歪信号εTL、εTR、及び曲げ歪演算値εMLca
l、εMRcalに基づいて、[数19]式、[数20]式により、曲げ歪による誤差
を除去した正しいプレス分荷重信号の左演算値FLcal、右演算値FRcalを算出す
る(ステップS16)。
図21は、プレス機械のプレス荷重測定方法の第1実施形態の変形例を示すフローチャート図である。
図22は、プレス機械のプレス荷重測定方法の第2実施形態を示すフローチャート図である。
図23は、プレス機械のプレス荷重測定方法の第3実施形態を示すフローチャート図である。
本実施形態のプレス機械は、左右の2つのコラムを有するが、本発明は、2よりも多い複数のコラムを有するプレス機械に適用でき、その場合、歪ゲージも複数のコラムの各コラムに装着する必要がある。
10L、10LL、10LR、10R、10RL、10RR、12L、12R 歪ゲージ
12−1、12−1’、12−2、12−3 プレス分荷重演算器
14 曲げモーメント演算器
16 角度検出器
18 選択器
20 加算器
22 出力部
30 慣性力演算器
100 プレス機械
102 ベッド
103 コンロッド
104L コラム
104N 中立軸
104R コラム
106 クラウン
107 ボルスタ
108 ガイド部
110 スライド
112 クランク軸
120 上型
122 下型
130 ブランクホルダ
132 クッションピン
Claims (16)
- 1つのコンロッドを介してスライドを駆動する1ポイント式のプレス機械のプレス荷重測定装置において、
前記プレス機械の複数のコラムにそれぞれ装着され、前記スライドに作用するプレス荷重に伴って前記複数のコラムに発生する歪をそれぞれ検出する複数の歪ゲージと、
前記スライドの移動方向と前記コンロッドとのなす角度に基づいて前記複数のコラムの各コラムに作用する曲げモーメントを演算する曲げモーメント演算器と、
前記複数のコラムの各コラムに装着した前記歪ゲージにより検出された歪及び各コラムに作用する曲げモーメントに基づいて、前記検出された歪に含まれる前記曲げモーメントによる曲げ歪成分の影響を除去した、前記複数のコラムの各コラムに対応するプレス分荷重をそれぞれ演算するプレス分荷重演算器と、
を備えたプレス機械のプレス荷重測定装置。 - 前記曲げモーメント演算器は、前記スライドの移動方向と前記コンロッドとのなす角度と、前記スライドの移動方向に作用するプレス荷重とに基づいて前記複数のコラムの各コラムに作用する曲げモーメントを演算する請求項1に記載のプレス機械のプレス荷重測定装置。
- 前記プレス分荷重演算器は、
各コラムに装着した前記歪ゲージにより検出された歪に基づいて、前記複数のコラムの各コラムに対応する第1プレス分荷重をそれぞれ演算する第1プレス分荷重演算器と、
各コラムに作用する曲げモーメントに基づいて、前記第1プレス分荷重に含まれる前記曲げモーメントによる誤差を、前記複数のコラムのコラム毎に演算する誤差演算器と、を有し、
各コラムに対応して演算した前記第1プレス分荷重から各コラムに対応して演算した前記誤差を除去し、各コラムに対応するプレス分荷重を演算する請求項1又は2に記載のプレス機械のプレス荷重測定装置。 - 前記プレス分荷重演算器は、
各コラムに作用する曲げモーメントに基づいて各コラムに装着した前記歪ゲージにより検出された歪に含まれる前記曲げモーメントによる曲げ歪をコラム毎に演算する曲げ歪演算器と、
各コラムに装着した前記歪ゲージにより検出された歪からコラム毎に演算した曲げ歪を除去し、校正した歪を算出する歪算出器と、
を備え、
前記算出した校正後の各コラムの歪に基づいて前記複数のコラムの各コラムに対応するプレス分荷重をそれぞれ演算する請求項1又は2に記載のプレス機械のプレス荷重測定装置。 - 1つのコンロッドを介してスライドを駆動する1ポイント式のプレス機械のプレス荷重測定装置において、
前記プレス機械の複数のコラムにそれぞれ装着され、前記スライドに作用するプレス荷重に伴って前記複数のコラムに発生する歪をそれぞれ検出する複数対の歪ゲージであって、前記複数対の歪ゲージの各対の歪ゲージは、各コラムの中立面を挟んで両面に装着される複数対の歪ゲージと、
前記複数対の歪ゲージのうちの各コラムに対応する一対の歪ゲージが検出する歪を加算し、前記加算した歪に基づいて前記複数のコラムの各コラムに対応するプレス分荷重をそれぞれ演算するプレス分荷重演算器と、
を備えたプレス機械のプレス荷重測定装置。 - 前記加算した歪に対応する電圧を出力するホーイストンブリッジ回路を備え、
前記ホーイストンブリッジ回路において、前記一対の歪ゲージの抵抗は直列に接続され、かつ前記一対の歪ゲージの抵抗の初期状態の抵抗値は、それぞれ前記ホーイストンブリッジ回路の固定抵抗の抵抗値の2分の1である請求項5に記載のプレス機械のプレス荷重測定装置。 - 1つのコンロッドを介してスライドを駆動する1ポイント式のプレス機械のプレス荷重測定装置において、
前記プレス機械の複数のコラムにそれぞれ装着され、前記スライドに作用するプレス荷重に伴って前記複数のコラムに発生する歪をそれぞれ検出する複数の歪ゲージであって、前記複数の歪ゲージの各歪ゲージは、各コラムの中立面と交差する面の中立軸に沿って中立軸上に装着される複数の歪ゲージと、
前記複数のコラムの各コラムに装着した前記歪ゲージにより検出された歪に基づいて前記複数のコラムの各コラムに対応するプレス分荷重をそれぞれ演算するプレス分荷重演算器と、
を備えたプレス機械のプレス荷重測定装置。 - 前記プレス分荷重の総和をプレス荷重として算出する加算器を備えた請求項1から7のいずれか1項に記載のプレス機械のプレス荷重測定装置。
- 前記演算された各コラムに対応するプレス分荷重、又は前記プレス分荷重及び前記プレス荷重を出力する出力部を備えた請求項8に記載のプレス機械のプレス荷重測定装置。
- 前記スライド及び前記スライドに連結される部材の質量と前記スライドの移動方向の加速度との積に比例する慣性力を算出する慣性力演算器を備え、
前記プレス分荷重演算器は、前記複数のコラムの各コラムに対応するプレス分荷重から前記算出した慣性力のうちの各コラムに作用する慣性力を除去し、前記プレス分荷重を更に校正する請求項1から9のいずれか1項に記載のプレス機械のプレス荷重測定装置。 - 1つのコンロッドを介してスライドを駆動する1ポイント式のプレス機械のプレス荷重測定方法において、
前記プレス機械の複数のコラムに、前記スライドに作用するプレス荷重に伴って各コラムに発生する歪を検出する歪ゲージをそれぞれ装着し、
曲げモーメント演算器が、前記スライドの移動方向と前記コンロッドとのなす角度に基づいて前記複数のコラムの各コラムに作用する曲げモーメントを演算し、
プレス分荷重演算器が、前記複数のコラムの各コラムに装着した前記歪ゲージにより検出された歪及び前記演算された各コラムに作用する曲げモーメントに基づいて、前記検出された歪に含まれる前記曲げモーメントによる曲げ歪成分の影響を除去した、前記複数のコラムの各コラムに対応するプレス分荷重をそれぞれ演算する、
プレス機械のプレス荷重測定方法。 - 1つのコンロッドを介してスライドを駆動する1ポイント式のプレス機械のプレス荷重測定方法において、
前記プレス機械の複数のコラムの各コラムに対して、前記スライドに作用するプレス荷重に伴って前記複数のコラムに発生する歪をそれぞれ検出する一対の歪ゲージを、各コラムの中立面を挟んで両面に装着し、
プレス分荷重演算器が、前記複数のコラムの各コラムに対応する一対の歪ゲージが検出する歪を加算し、前記加算した歪に基づいて前記複数のコラムの各コラムに対応するプレス分荷重をそれぞれ演算する、
プレス機械のプレス荷重測定方法。 - 1つのコンロッドを介してスライドを駆動する1ポイント式のプレス機械のプレス荷重測定方法において、
前記プレス機械の複数のコラムの各コラムに対して、前記スライドに作用するプレス荷重に伴って各コラムに発生する歪をそれぞれ検出する歪ゲージを、各コラムの中立面と交差する面の中立軸に沿って装着し、
プレス分荷重演算器が、前記複数のコラムの各コラムに装着された前記歪ゲージにより検出された歪に基づいて前記複数のコラムの各コラムに対応するプレス分荷重をそれぞれ演算する、
を備えたプレス機械のプレス荷重測定方法。 - 加算器が、前記プレス分荷重の総和をプレス荷重として算出する請求項11から13のいずれか1項に記載のプレス機械のプレス荷重測定方法。
- 出力部が、前記演算された各コラムに対応するプレス分荷重、又は前記プレス分荷重及び前記プレス荷重を出力する請求項14に記載のプレス機械のプレス荷重測定方法。
- 慣性力演算器が、前記スライド及び前記スライドに連結される部材の質量と前記スライドの移動方向の加速度との積に比例する慣性力を算出し、
前記プレス分荷重演算器が、前記複数のコラムの各コラムに対応するプレス分荷重から前記算出された慣性力のうちの各コラムに作用する慣性力を除去し、前記プレス分荷重を更に校正する請求項11から15のいずれか1項に記載のプレス機械のプレス荷重測定方法。
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